电路基础CAI系统开发及教学方法研究

王宛苹,胡晓萍,胡建萍

(杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州 310018)

电路基础CAI系统开发及教学方法研究

王宛苹,胡晓萍,胡建萍

(杭州电子科技大学电子信息学院,浙江杭州 310018)

本文主要介绍一种自主开发的电路基础CAI教学课件及其在教学实践中的应用,该课件集电子教案、试题管理、习题指导、实验模拟及网络学习为一体,综合DreamweaverMX、Authorware6.5、PowerBuilder8.0、VC++及Flash等多种软件进行开发和实现。实践证明,该系统的应用有效地提高了学生的感性认识、理解能力及学习效率,是将教与学统一起来的一种较为理想的教学软件。

CAI系统;教学方法;网络学习;课件应用

电路基础是电子、通信、自控、计算机、机械等几乎所有工科学生电类知识学习的入门课程,同时也是学生从基础课向专业课过渡的重要专业基础课程,如何调动学生学习热情、提高学习效果,使之真正理解和掌握电路理论的基本概念和分析方法,并能灵活地运用到后续课程的学习中,一直是从事本课程教学的教师着力解决的课题。随着互联网的快速发展,多媒体CAI技术已经成为广大教育工作者改革教学方法、更新教学手段、提高教学质量的重要途径。[1]目前关于电路基础的CAI课件多数限于电子教案或实验教学软件,而缺乏综合性的开发和设计。为适应新形式下对人才培养的需要,探索一条有利于学生个性发展,启迪学生创新精神的新路子,我们研制开发了集理论教学、习题指导、实验仿真和网络学习为一体的CAI教学软件。该软件的成功开发使得教师的课堂教学以及学生课前课后的学习、练习、实验动手能力训练、数据分析能力培养有机地结合起来,并且利用CAI的新手段、新工具加深学生感性认识,利于学生在较短的时间内更扎实地掌握电路基础理论知识,提高分析问题解决问题的综合能力。

一、系统的结构设计

一个优秀的系统软件除了工作稳定可靠,并能为用户提供方便快捷的操作外,还应有一个和谐、自然、令人赏心悦目的界面。有鉴于此,我们首先对PowerBuilder软件设计的界面进行美化,并自制了5种不同风格的背景,使用者可自由转换背景风格,以适应自己的审美习惯。整个课件由4个子系统构成,其系统的主体结构如图1所示。电子教案子系统中的网络版包含了中英文两个版本的网络课件;其中英文网络课件采用了国际知名大学原版教材——由Charles KAlexander,Matthew N O Sadiku合著的《Fundamentals of Electric Circuts》。[2]

二、系统功能的实现及特点

(一)电子教案子系统

电子教案子系统内容重点突出、简明、扼要,对教学难点提供了详细的分析思路和多样化的分布演示过程。该子系统教学版利用Authorware6.5开发,采用一种层级框架结构制作。此系统的第一层显示各章内容,第二层显示各节内容,第三层实现各小节知识点的显示及例题的演示。各层连接均采用导航按钮方式,通过框架、导航、交互等功能的综合运用实现了页面之间的跳转。同时还可利用搜索模块,输入“关键字”来搜索查找并浏览相关页面。

图1 系统主体结构框图

本子系统例题解答部分的设计更是独具匠心,利用软件中的热字、热区逐步显示每一步骤,并配合擦除,等待,移动,交互以及各种丰富的显示特效,使其解答过程灵活多样、生动有趣、直观形象、交互强大,充分发挥多媒体辅助教学的特点,达到了图文并茂、动态显示效果,更能激发学生的学习热情。

(二)试题管理子系统

试题管理子系统由PowerBuilder8.0软件开发,试题库采用PB自带的ASA本地数据库,应用程序访问数据库通过设置ODBC来实现。该试题库中包含有计算题、选择题、填空题和判断题四种基本题型。当进入试题管理子系统时,本软件在ODBC中自动配置数据源后,便可在程序代码中连接数据库并对数据库进行查看、删除、修改、添加、统计、检索等各种操作,同时能以word形式显示试题的内容及电路图,从而可快速、方便地浏览试题。

(三)试题自测子系统

试题自测子系统由PowerBuilder8.0软件开发。该子系统用于学生课后进行自我测试和练习。学生在利用该系统进行练习时,需先确定电路单元、题型、难易程度、数量,然后进入自测窗口,若选择判断题或选择题,写出答案后,系统会直接给出正确与否的评判,如果选择计算题或填空题,在填写答案后通过与系统参考答案对比来判断此题是否正确,当需要进一步提示时,选择查看答案按钮,系统会给出详细的解题过程。

(四)实验模拟子系统

该子系统包含实验模拟和仪器介绍两部分内容。

实验模拟部分采用Visual C++软件编制,该软件由控制、输入、输出、实验模拟四部分构成。其中控制部分管理着其它部分的操作和运行;输入部分负责数据的存取;而模拟部分则根据输入参数模拟实验过程,并通过输出部分绘出波形曲线,同时输出和显示实验结果。为便于使用者灵活地调整和观察曲线。该系统提供了许多快捷工具键和电路参数控制对话框。当实验电路的元器件参数改变或输入信号随时间连续变化时,子系统将即时动态地画出此时的输入、输出曲线,并显示一些重要的电路特性值。此外,还可以根据实验描述窗,了解实验目的、内容及需要掌握和思考的问题。

仪器使用指导软件采用交互功能丰富的Authorware6.5进行开发,该系统采用的是一种层次管理结构,通过交互图标响应选择按钮类型,并利用计算图标中的G OTO函数实现各按钮间的跳转。这样就可方便、快捷地弹出所需仪器,当选中某一按钮时,系统能及时显示该按钮功能。学生在做实验前,可以利用挂在校园网上的多媒体课件非常直观的进行仪器使用的学习,避免因仪器不熟悉而造成实验时间过长的现象,从而可以在有限的实验教学时间内选择更多的实验项目,以提高实验效率及分析解决问题的能力。

三、网络及双语教学课件的开发

为满足不同层次学生的学习需求,便于学生课前预习、课后复习,在开发教学版电子课件的同时,利用DreamweaverMX软件开发了与其配套的网络版教学课件,该课件采用表格结构,网页顶部含网页主题的图片、章节的导航栏和思考题答案链接,用户可以方便地跳转到各大章节及查看各章的思考答案。而各章节内部页面的浏览则可通过左边浮动导航栏实现。为保证页面的美观,本课件将公式及电路图均以图片的形式输入,并转为透明背景。

为适应双语教学的发展趋势,同时为满足不同层次英文水平的学生需求,我们开发和设计了英文版网上教学课件。该课件以我校电子类专业双语教学所采用的国际知名大学原版教材作为素材,利用DreamweaverMX软件进行开发。在课件内容的选择上注重简捷、实用、重点突出,所有电路图均采用CorelDRAW 10软件绘制,并利用Photoshop进行处理。本课件同样采用了浮动菜单导航栏,使浏览各页面更为方便快捷。

四、课件在教学中的应用

教学实践说明利用本教学系统软件辅助教学能够大大增强学生的学习热情及感性认识。例如在该CAI系统的教学课件中,动态的演示了应用网孔电流法建立电路方程的过程,[3]在实际演示过程中以不同的颜色区分各个网孔电流,如图2所示。首先设三个网孔电流分别为 Im1、Im2、Im3,当点击网孔1的文字时,随着电路图红色箭头 Im1电流的显示,方程左边显示出网孔1上的所有电阻之和乘以本网孔电流Im1,接着电路中显示黄色箭头Im2,与此同时方程左边继续显示网孔1与网孔2的公有电阻R3乘以 Im2,然后再随着蓝色箭头 Im3出现,方程左边显示网孔1与网孔3的公有电阻 R1乘以 Im3,最后在方程右边显示网孔1上的所有电压源电位升的代数和。其它网孔方程的建立同上,其网孔电流的显示与方程建立同步进行,这种图文并茂的演示和讲解给学生留下了深刻的印象。

图2 网孔方程建立演示

该CAI系统中的实验软件部分可以形象、逼真地演示课堂教学中比较抽象或难以理解的理论知识。如微积分电路的形成,当电路中电阻或电容参数发生改变时,电路的充放电时间常数将随之发生变化,其实验软件将动态地描绘出整个曲线的变化过程,并且同时给出此时电路的时间常数和电路工作状态。学生可一目了然地观察到从微分电路到积分电路变化的整个过程。又如在对一阶或二阶动态电路进行分析时,当电路参数或结构发生变化时,由于电路从一种稳定状态过渡到另一种稳定状态的时间极短,用一般仪器也很难观察到此区间电路的工作状况,从而使学生很难对整个电路的工作过程建立一个完整的概念。然而当我们把开发的实验软件应用到教学环节中,就可以将整个电路的工作过程生动、形象地演示出来。

由于完全采用多媒体教学存在着一些不足,如信息量过大、信息滞留时间短,不利于联想记忆和认知水平的提高。[4]因此在课堂教学中我们将传统的教学方式与多媒体教学手段相结合,在讲解新知识及进行逻辑推导时常采用传统教学方法,而教学中的难点及较抽象的内容,则借助教学软件采用动画的形式展现,这样即可强化直观效果、丰富感知材料,又可将复杂问题简单化,便于同学理解,以达到事半功倍的效果。同时利用多媒体软件加大课堂习题的练习,丰富教学内容。

此外,由于学时所限,一些自学内容及课堂上尚未完全消化理解的内容,可利用网上教学课件继续学习,这种自主学习的网络教学方式,更能充分体现学生在教学中的自主地位,有助于提高学生的学习效果和学习效率。[5]而对于选择双语教学的学生来说,可采用英文版网上教学课件进行课前预习、课后复习。另外网上英文教学课件为需要提高外语应用能力的学生创造了一个学习外语的环境和机会,有助于学生在专业课程学习中吸取不同文化精髓,对学生的专业发展非常有益。[6]

五、结束语

本课件在本校本科教学中得到了广泛应用,并取得了良好的效果。由于该课件内容完整,形式多样、界面美观、操作简单、实用性强,因而获得浙江省第四届高校教师自制多媒体教学软件评比一等奖。尽管我们在教学改革中取得了一点进展,但要更好地运用多媒体课件来激发学生的求知热情,引导学生创造性地进行学习和思考,就必须不断地完善和更新课件内容,以获得更佳效果。

[1] 俎云霄,李巍海,高英,等.电路分析基础多媒体教学课件的研制[J].电气电子教学学报,2008,30(4):79-81.

[2] Charles KAlexander,Matthew N O Sadiku.Fundamentals of Electric Circuts[M].北京:清华大学出版社,2000.

[3] 胡建萍,马金龙,王宛苹,等.电路分析[M].北京:科学出版社,2006.

[4] 吴小红 .电子技术CAI课件在教学上的应用[J].甘肃科技,2007,8(4):244-245.

[5] 徐国平.网络中的教学模式探析[J].教育探索,2007(4):110-111.

[6] 闫钧华.电路基础课程双语教学的研究与实践[J].南京航空航天大学学报,2007,9(1):95-97.

Development of CAI System for Fundamentals of Electric Circuits and its Teaching Method

WANG Wan-ping,HU Xiao-ping,HU Jian-ping
(School of Electronic&Information,Hangzhou Dianzi University,Hangzhou Zhejiang310018,China)

This paper mainly introduces an independent development of CAI systemfor fundamentals of electric cir

cuits and its application to teaching practice.The CAI courseware integrates the teaching-courseware,the test questions management,the paper design and management,the exercises guidance,the simulated experiment and e-learning together,which developed with the aid of Dreamweaver MX,Authorware 6.5,Power Builder 8.0,VC++and Flash.The teaching practice proves that it is an effective teaching software for it improves the students’perceptual knowledge,their understanding and learning efficiency.

CAI system;teaching method;e-learning;courseware application

G642 < class="emphasis_bold">文献标识码:B文章编号:

1001-9146(2010)01-0067-04

2009-10-26

王宛苹(1957-),女,江苏镇江人,副教授,电路与系统.